進(jìn)程間通信之深入消息隊(duì)列的詳解
最近在Hi3515上調(diào)試Qt與DVR程序，發(fā)現(xiàn)他們之間使用消息隊(duì)列通信的，閑暇之余，就總結(jié)了一下消息隊(duì)列，呵呵，自認(rèn)為通俗易懂，同時(shí)，在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了消息隊(duì)列的強(qiáng)大之處。
關(guān)于線程的管理(互斥量和條件變量)見：Linux線程管理必備:解析互斥量與條件變量的詳解
一、消息隊(duì)列的特點(diǎn)
1.消息隊(duì)列是消息的鏈表,具有特定的格式,存放在內(nèi)存中并由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí).
2.消息隊(duì)列允許一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程向它寫入與讀取消息.
3.管道和命名管道都是通信數(shù)據(jù)都是先進(jìn)先出的原則。
4.消息隊(duì)列可以實(shí)現(xiàn)消息的隨機(jī)查詢,消息不一定要以先進(jìn)先出的次序讀取,也可以按消息的類型讀取.比FIFO更有優(yōu)勢(shì)。
目前主要有兩種類型的消息隊(duì)列：POSIX消息隊(duì)列以及系統(tǒng)V消息隊(duì)列，系統(tǒng)V消息隊(duì)列目前被大量使用。系統(tǒng)V消息隊(duì)列是隨內(nèi)核持續(xù)的，只有在內(nèi)核重起或者人工刪除時(shí)，該消息隊(duì)列才會(huì)被刪除。
二、相關(guān)函數(shù)
1. 獲得key值
key_t ftok(char *pathname, int projid)
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
參數(shù):
pathname：文件名（含路徑）,通常設(shè)置為當(dāng)前目錄“.” 比如projid為'a',則為"./a"文件
projid：項(xiàng)目ID，必須為非0整數(shù)（0-255）.
2. 創(chuàng)建消息隊(duì)列
int msgget(key_t key, int msgflag)
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
功能：
用于創(chuàng)建一個(gè)新的或打開一個(gè)已經(jīng)存在的消息隊(duì)列，此消息隊(duì)列與key相對(duì)應(yīng)。
參數(shù)：
key：函數(shù)ftok的返回值或IPC_PRIVATE。
msgflag：
IPC_CREAT:創(chuàng)建新的消息隊(duì)列。
IPC_EXCL:與IPC_CREAT一同使用，表示如果要?jiǎng)?chuàng)建的消息隊(duì)列已經(jīng)存在，則返回錯(cuò)誤。
IPC_NOWAIT:讀寫消息隊(duì)列要求無(wú)法滿足時(shí)，不阻塞。
返回值：
調(diào)用成功返回隊(duì)列標(biāo)識(shí)符,否則返回-1.
在以下兩種情況下，將創(chuàng)建一個(gè)新的消息隊(duì)列：
1、如果沒(méi)有與鍵值key相對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列，并且msgflag中包含了IPC_CREAT標(biāo)志位。
2、key參數(shù)為IPC_PRIVATE。
3. 消息隊(duì)列屬性控制
int msgctl(int msqid, int cmd, struct msqid_ds *buf)
功能:
對(duì)消息隊(duì)列進(jìn)行各種控制操作,操作的動(dòng)作由cmd控制。
參數(shù):
msqid:消息隊(duì)列ID，消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符，該值為msgget創(chuàng)建消息隊(duì)列的返回值。
cmd:
IPC_STAT:將msqid相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中各個(gè)元素的當(dāng)前值存入到由buf指向的結(jié)構(gòu)中.
IPC_SET:將msqid相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的元素設(shè)置為由buf指向的結(jié)構(gòu)中的對(duì)應(yīng)值.
IPC_RMID:刪除由msqid指示的消息隊(duì)列,將它從系統(tǒng)中刪除并破壞相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu).
buf:消息隊(duì)列緩沖區(qū)
struct msqid_ds {
struct ipc_perm msg_perm; /* Ownership and permissions*/
time_t msg_stime; /* Time of last msgsnd() */
time_t msg_rtime; /* Time of last msgrcv() */
time_t msg_ctime; /* Time of last change */
unsigned long __msg_cbytes; /* Current number of bytes in queue (non-standard) */
msgqnum_t msg_qnum; /* Current number of messages in queue */
msglen_t msg_qbytes; /* Maximum number of bytesallowed in queue */
pid_t msg_lspid; /* PID of last msgsnd() */
pid_t msg_lrpid; /* PID of last msgrcv() */
};
struct ipc_perm {
key_t key; /* Key supplied to msgget() */
uid_t uid; /* Effective UID of owner */
gid_t gid; /* Effective GID of owner */
uid_t cuid; /* Effective UID of creator */
gid_t cgid; /* Effective GID of creator */
unsigned short mode; /* Permissions */
unsigned short seq; /* Sequence number */
};
4．發(fā)送信息到消息隊(duì)列
int msgsnd(int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, int msgflag)
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
功能:
將新消息添加到隊(duì)列尾端,即向消息隊(duì)列中發(fā)送一條消息。
參數(shù)：
msqid:已打開的消息隊(duì)列id
msgp:存放消息的結(jié)構(gòu)體指針。
msgflag:函數(shù)的控制屬性。
消息結(jié)構(gòu)msgbuf為:
struct msgbuf
{
long mtype;//消息類型
char mtext[1];//消息正文，消息數(shù)據(jù)的首地址，這個(gè)數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度為8012吧，又可把他看成是一個(gè)結(jié)構(gòu)，也有類型和數(shù)據(jù)，recv時(shí)解析即可。
}
msgsz:消息數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。
msgflag:
IPC_NOWAIT: 指明在消息隊(duì)列沒(méi)有足夠空間容納要發(fā)送的消息時(shí)，msgsnd立即返回。
0:msgsnd調(diào)用阻塞直到條件滿足為止.（一般選這個(gè)）
5. 從消息隊(duì)列接收信息
ssize_t msgrcv(int msqid, struct msgbuf *msgp, size_t msgsz, long msgtype, int msgflag)
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
功能:
從隊(duì)列中接收消息
參數(shù):
msqid:已打開的消息隊(duì)列id
msgp:存放消息的結(jié)構(gòu)體指針。msgp->mtype與第四個(gè)參數(shù)是相同的。
msgsz:消息的字節(jié)數(shù)，指定mtext的大小。
msgtype:消息類型，消息類型 mtype的值。如果為0，則接受該隊(duì)列中的第一條信息，如果小于0，則接受小于該值的絕對(duì)值的消息類型，如果大于0，接受指定類型的消息，即該值消息。
msgflag:函數(shù)的控制屬性。
msgflag:
MSG_NOERROR:若返回的消息比nbytes字節(jié)多,則消息就會(huì)截短到nbytes字節(jié),且不通知消息發(fā)送進(jìn)程.
IPC_NOWAIT:調(diào)用進(jìn)程會(huì)立即返回.若沒(méi)有收到消息則返回-1.
0:msgrcv調(diào)用阻塞直到條件滿足為止.
在成功地讀取了一條消息以后，隊(duì)列中的這條消息將被刪除。
三、相關(guān)例子
例1：消息隊(duì)列之簡(jiǎn)單收發(fā)測(cè)試
#include <sys/types.h>
#include <sys/msg.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
struct msg_buf{
int mtype;//消息類型
char data[255];//數(shù)據(jù)
};
int main(int argc, char *argv[])
{
key_t key;
int msgid;
int ret;
struct msg_buf msgbuf;
//獲取key值
key = ftok(".", 'a');
printf("key = [%x]\n", key);
//創(chuàng)建消息隊(duì)列
msgid = msgget(key, IPC_CREAT|0666);/*通過(guò)文件對(duì)應(yīng)*/
if(msgid == -1)
{
printf("creat error\n");
return -1;
}
//以當(dāng)前進(jìn)程類型，非阻塞方式發(fā)送"test data"到消息隊(duì)列
msgbuf.mtype = getpid();
strcpy(msgbuf.data, "test data");
ret = msgsnd(msgid, &msgbuf, sizeof(msgbuf.data), IPC_NOWAIT);
if(ret == -1)
{
printf("send message err\n");
return -1;
}
//以非阻塞方式接收數(shù)據(jù)
memset(&msgbuf, 0, sizeof(msgbuf));
ret = msgrcv(msgid, &msgbuf, sizeof(msgbuf.data), getpid(), IPC_NOWAIT);
if(ret == -1)
{
printf("receive message err\n");
return -1;
}
printf("receive msg = [%s]\n", msgbuf.data);
return 0;
}
例2：進(jìn)程間消息隊(duì)列通信
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
struct msgbuf{
int mtype;
char mtext[100];
};
int main(void)
{
key_t key;
pid_t pid;
int msgid;
struct msgbuf msg;
key=ftok(".", 0x01);
if ( (msgid = msgget(key, IPC_CREAT|0666)) <0 )
{
perror("msgget error");
exit(1);
}
//創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程
if ( (pid = fork()) < 0 )
{
perror("fork error");
exit(1);
}
//子進(jìn)程收信息
else if (pid==0)
{
while(1)
{
memset(msg.mtext, 0, 100);
msgrcv(msgid, &msg, 100, 2, 0); //receive the msg from 2
printf("\receive:%s\n:", msg.mtext);
fflush(stdout);
}
exit(0);
}
//父進(jìn)程發(fā)信息
else
{
while(1)
{
memset(msg.mtext, 0, 100);
printf("father:");
fgets(msg.mtext, 100, stdin);
if (strncmp("bye", msg.mtext, 3)==0)//如果前3個(gè)字符為bye,則退出
{
kill(pid, SIGSTOP);
exit(1);
}
msg.mtype=1;//send to 1
msg.mtext[strlen(msg.mtext)-1]='\0';
msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext)+1, 0);
}
}
return 0;
}
這個(gè)程序的缺點(diǎn)為：有發(fā)無(wú)收，有收無(wú)發(fā)?？稍谶@2個(gè)進(jìn)程中分別創(chuàng)建2個(gè)線程，分別負(fù)責(zé)收和發(fā)，就完成了進(jìn)程間的通信。
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